一种汽车操纵力计二合一自动检定装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明实现了一种汽车制动操纵力计(踏板力计和手拉力计)二合一自动检定装置，属于汽车测试检定设备技术领域。
【背景技术】
[0002]制动性是汽车的主要性能之一，它直接关系到行车安全。随着高速公路的迅速发展和车流密度的日益增大以及行驶速度的不断提高，保证行车安全是现代汽车的一项重要任务，因此，现如今对汽车制动踏板和制动手拉的检测要求也越来越高。在我国不同地方的各大汽车检测厂中，通常都在使用市面在售的新型踏板力计和手拉力计来为汽车制动踏板力和制动手拉力进行检测，其中制动踏板力的检测是将踏板力计与汽车踏板固定在一起，通过人脚踩踏可以使踏板力计和汽车踏板同时承受相同大小的力并观察踏板力计的仪器示数获得；制动手拉力的检测是将手拉力计与汽车手刹固定在一起，通过抬拉汽车手刹可以使两者同时承受相同大小的拉力并观察手拉力计的仪器示数获得测量参数。
[0003]因此，保证踏板力计和手拉力计的仪器精度和可靠性直接影响到汽车制动踏板和制动手拉的检测和性能。为了确保制动力计测试精度，根据J JFl 169-2007《汽车制动操纵力计校准规范》要求，汽车操纵力计检定周期不超过一年，必须定期由计量部门进行检定校准。目前，计量部门检定踏板力计的方式采用手摇式推拉加力装置，在装置前端固定一个标准测力传感器，将踏板力计传感器部分固定在标准测力传感器前方的固定板上，通过手动推拉装置使得标准测力传感器和踏板力计传感器部分相互作用，比对踏板力计与标准装置之间的示数误差，得到踏板力计的仪器精度。检定手拉力计的方式采用在手拉力计传感器吊拉标准砝码，从而比对手拉力计与标准砝码之间的示数误差，得到手拉力计的仪器精度。这两种检定方式检测过程繁琐，工作量大，操作不方便，且踏板力计检定过程由于手动控制的影响可能导致测量结果存在较多不确定因素，若标准砝码在长时间使用之后出现破损等情况同样会影响到手拉力计检定结果。
【发明内容】
[0004]为了克服上述技术不足、改进检定方式不合理之处，本发明实现了一种关于汽车制动踏板力计和制动手拉力计二合一自动检定装置，通过重新定义传动、加力和固定结构，完成了同时在检定装置上进行踏板力计和手拉力计检定的自动推拉设计，实现了一机多用，克服了以前检定方法和过程的繁琐，工作量大缺点;通过使用高精度标准测力传感器和步进电机实现自动低速精确控制，保证检定装置标准力值参考点输出的准确性，减小了以前检定方法存在的较多不确定因素，提高仪器检定精度，使得检定结果更具说服力。
[0005]本发明实现的汽车制动踏板力计和制动手拉力计二合一自动检定装置主要包括信号处理单元、主控单元、传动加力单元、被检仪器固定单元。信号处理单元完成标准测力传感器信号的放大后，供主控单元进行采集处理;主控单元作为检定装置的控制中心，完成传感器数据的采集处理、电机控制以及实现控制算法功能;传动加力单元包括丝杠传动结构和标准测力传感器;被检仪器固定单元包括踏板力计固定板、手拉力计固定座。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0007]汽车制动操纵力计二合一自动检定装置的信号处理单元和主控单元安装在封闭的仪器箱中，ARM内核MCU最小系统、控制电路、信号放大电路为系统总PCB设计电路安装在仪器箱左侧顶层;电源稳压模块接入36V锂电池输出正负12V、正负5V，该模块电路安装在仪器箱右侧顶层;电机驱动与控制电路连接，位于仪器箱左侧中间层;步进电机与电机驱动连接，位于仪器箱左侧底层;36V锂电池与电机驱动、电源稳压模块电路连接，位于仪器箱右侧底层;薄膜按键与控制电路连接，位于仪器顶盖中间靠左下方;液晶屏与MCU最小系统连接，位于仪器顶盖中间靠左上方;调零电位器与MCU最小系统连接，位于仪器顶盖中间位置。
[0008]传动加力单元中丝杠顶端与封闭仪器箱内的电机输出轴采用弹性一体联轴器进行连接，此为丝杠转动的动力来源;丝杠顶端紧套丝杠固定座，丝杠底端紧套丝杠支承座，此为丝杠固定和支承方式;丝杠中的配型螺母与丝杠推板进行紧固，丝杠推板与标准传感器推板通过四根光轴进行连接和紧固，使得丝杠螺母运动后带动丝杠推板往复运动，进而带动标准传感器推板往复运动；四根光轴中上方两根较短，下方两根较长，下方两根较长的光轴分别套入直线轴承中，用于承受丝杠推板、标准测力传感器、光轴的重力，以免该重力加载在丝杠上，影响丝杠寿命和检定装置的精度。
[OOO9 ]被检仪器固定单元中的踏板力计固定板、手拉力计固定座与加力传动单元和封闭仪器箱一起固定放置在装置底座上，使得检定装置的所有单元全部位于同一水平高度上。
[0010]本发明实现的汽车制动操纵力计二合一检定装置在标准测力传感器与被检操纵力计相互作用时，首先标准测力传感器将测量信号传输给信号处理单元，由主控单元的MCU微控制器对经过处理的信号进行软硬件采集和数据处理，并通过匀速控制和PID增量型控制组合精确控制步进电机，步进电机带动丝杠转动，进而丝杠螺母带动丝杠螺母固定板和标准测力传感器固定板往复运动，于是固定在标准测力传感器固定板上的标准测力传感器便与被检操纵力计继续作用直至MCU微控制器采集到的测量信号落入标准参考点允许的范围内。在此过程中，由于步进电机与步进电机驱动器污染电源以及高频噪声干扰，特在装置中加入具有针对性的抗干扰措施。
[0011](I)信号处理单元
[0012]标准测力传感器可以同时测量同一水平线上的压力和拉力，输出的测量信号为mV级信号，一级信号处理采用标准差分放大电路，在不改变输入电压的极性或运放输入引脚连线时，电路将压力和拉力信号放大到-1.5V到+1.5V。由于MCU微控制器无法采集负电压进行数据处理，因此需要采用二级信号处理的电位平移电路，将-1.5V到+1.5V电压平移到0-3V，供MCU微控制器进行采集处理。在标准测力传感器未受力时，为保证信号输出为0，特添加三级信号处理的调零电路，为整个信号放大单元电路进行信号调零。
[0013](2)信号软硬件采集处理及控制算法
[0014]MCU微控制器采集AD信号的方式有很多，在本发明所用的MCU微控制器AD采集方式采用PIT触发硬件触发ADC进行采集，ADC采集的信号通过DMA方式直接存入内存中。此种信号采集处理方式使用硬件触发，并通过DMA直接传输至内存存储，无须占用CPU资源，未干预CPU工作，便可以成功采集到需要的信号，当CPU需要处理当前信号时，可以直接从内存中取出当前信号，而无须去做额外的采集处理工作，提高了MCU工作效率，进而可以提高仪器测量精度。
[0015]控制算法选用PID增量型控制方式，通过选择合理的P1、PD或PID控制与匀速控制进行组合控制，合理配置P、1、D中两种或三种参数，达到控制过程中超调较小、响应时间较快、控制结果稳定、精确等目的。
[0016](3)供电选择及抗干扰措施
[0017]在选择电源供电方式时，如果选用一套36V锂电池进行单独供电，需要同时为电机驱动电路、信号放大电路、主控电路同时进行供电，由于电机驱动器供电时，电机及电机驱动产生的高频干扰会沿着电源线传导入信号放大电路和主控电路中，此为检定装置主要干扰来源。为尽量减小此干扰源，信号放大电路、主控电路使用一套36V锂电池进行独立供电，电机驱动电路使用一套36V锂电池进行独立供电；主控电路中采用光耦电路连接MCU最小系统与电机驱动，使两者隔离开;在电机四线与电机驱动的接口处夹套磁环，在电机四线上包裹一层铝箔薄纸，用于屏蔽干扰;使用硬质铝作为仪器箱制作材料，合理设计电机、电机驱动、主控电路、信号放大电路空间安装位置，尽可能减小在密闭空间中存在的相互干扰问题。
[0018]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0019](I)本发明能够对汽车制动踏板力计和制动手拉力计同时在一种检定装置上进行检定，实现了一机多用功能，改善了踏板力计检定的精度，改进了手拉力计检定的方式，提高了制动操纵力计检定装置的易用性，减小了人工操作的工作量。
[0020](2)本发明采用高精度标准测力传感器、三级信号处理方式、步进电机、细分驱动器组成检定装置的信号处理单元和